球形燃料孔隙內汽泡生長與脫離

張曉杰，白博峰

(1.華龍國際核電技術有限公司，北京 100036；2.西安交通大學動力工程多相流國家重點實驗室，陜西 西安 710049)

球形燃料核反應堆因安全性高、燃料利用率高、體積小、經濟性等優點，具有廣闊的發展前景。反應堆中球形燃料構成的多孔結構內的沸騰核化過程——汽泡的生長、脫離及運動等問題是對球床核反應堆進行研究的基礎，同時燃料間隙內的沸騰對核反應堆的運行效率、運行安全等都有很大的影響。

對于加熱面上的汽泡生長，主要有兩種觀點，一種觀點認為汽泡生長是汽泡周圍所有界面蒸發的結果，蒸發所需的熱量由汽泡周圍的過熱流體層提供。進一步研究表明，供給汽泡長大的熱量不僅來自過熱液體層(壁面間接供熱)，而且來自與汽泡根部直接接觸的加熱壁面(壁面直接供熱)[1]。另外一種比較普遍的觀點認為在汽泡底部形成一層微液膜，液膜吸熱蒸發促進汽泡生長[2]。當使汽泡附著在表面的作用小于促使其上升的作用時，汽泡便脫離加熱表面，脫離半徑受流體和蒸汽的慣性、流體對汽泡的阻力、汽泡所受浮力、表面張力等作用之間平衡關系的影響。不少學者在考慮多種影響汽泡的作用的基礎上，對汽泡脫離半徑提出了若干經驗或理論分析表達式，然而這些表達式并不能取得一致。

由于結構的復雜性，球形燃料多孔結構內的汽泡生長、脫離、運動及傳熱都與大空間內不同。Chu[3]通過實驗觀察得到了大直徑(≥6 mm)球形顆粒堆積的多孔結構內的氣泡運動特點，并將其模型化，根據浮力與表面張力的平衡得到泡狀流氣泡直徑表達式。……